阅读说明：本技术 电源装置 (Power supply device ) 是由 金井隆彦 吉田春树 于 2018-09-20 设计创作，主要内容包括：一种电源装置,包括：整流器,该整流器被配置为将从AC电源供给的AC电力转换为DC电力；平滑单元,该平滑单元被配置为使DC电力平滑；逆变器,该逆变器被配置为将通过平滑单元平滑的DC电力转换为AC电力；以及异常检测单元,该异常检测单元被配置为检测异常。平滑单元包括：电容器,该电容器并联连接于整流器的输出；放电电阻器,该放电电阻器被配置为使电容器放电；和开关装置,该开关装置串联连接于放电电阻器。当异常检测单元检测到异常时,闭合开关装置,并且当开关装置闭合时,电容器通过放电电阻器放电。(A kind of power supply device, comprising: rectifier, the rectifier are configured as the AC electrical power conversion supplied from AC power supplies being DC electric power；Smooth unit, the smooth unit are configured as keeping DC electric power smooth；Inverter, the inverter are configured as that AC electric power will be converted to by the smooth DC electric power of smooth unit；And abnormality detecting unit, it is abnormal which is configured as detection.Smooth unit includes: capacitor, which is connected in parallel in the output of rectifier；Discharging resistor, the discharging resistor are configured as making capacitor discharge；And switching device, the switching device are connected in series in discharging resistor.When abnormality detecting unit detects it is abnormal when, closure switch device, and when the switching device is closed, capacitor passes through discharging resistor and discharges.)

电源装置

技术领域

本发明涉及一种电源装置。

背景技术

现有技术的逆变器装置从AC电源产生DC电源，通过控制逆变器电路的开关装置的接通/断开而通过由电抗器和平滑电容器构成的平滑电路从DC输出获取AC输出，并且将高频AC电力施加到用于感应加热的加热线圈。在该逆变器装置中，用于以预定的放电时间常数对平滑电容器放电的放电电阻器与平滑电容器并联连接(例如，参见JP3419641B2)。

当放电电阻器与平滑电容器并联连接时，电力总是由放电电阻器消耗。当增大放电电阻器的电阻值从而减小由放电电阻器消耗的电力时，放电时间常数增大，并且对平滑电容器放电需要很长时间。当在平滑电容器中留有电荷时，电荷可能成为检查或修复电路的障碍物。从而，当在装置中产生异常时，要求平滑电容器快速地放电(例如，在10秒内)。

现有技术的逆变器装置用于诸如锅这样的烹饪器具的感应加热，并且具有较小的输出，并且平滑电容器还具有较低的电容。因此，虽然增大放电电阻器的电阻值以增大放电时间常数，但是影响轻微。作为实例，当平滑电容器具有9μF的电容并且放电电阻器具有240kΩ的电阻值时，将放电时间常数设定为大约2秒。

然而，钢材的热处理或电阻焊接管的焊接操作所使用的具有较高输出的电源装置中，平滑电容器也具有高电容。特别地，要求焊接电阻焊接管所使用的电源装置具有低纹波，并且这种电源装置使用的平滑电容器具有数万μF的极高电容。当平滑电容器的电容像以上值一样高时，放电电阻器的电阻值的增大显著地增大放电时间常数。另一方面，当放电电阻器的电阻值减小时，由放电电阻器消耗的电力的量增加。此外，在电力消耗与电阻器的额定值之间的关系中可能需要多个电阻器。在该情况下，电源装置的制造成本和操作成本可能增加，同时电源装置的尺寸增大。

发明内容

本发明的说明性方面提供了一种电源装置，该电源装置能够在异常的情况下使包括在平滑单元中的电容器快速地放电，并且在正常时间减少损失。

根据本发明的说明性方面，一种电源装置包括：整流器，该整流器被配置为将从AC电源供给的AC电力转换为DC电力；平滑单元，该平滑单元被配置为使从所述整流器输出的包括纹波的DC电力平滑；逆变器，该逆变器被配置为将通过所述平滑单元平滑的DC电力转换为AC电力；外壳，所述整流器、所述平滑单元和所述逆变器容纳在该外壳中；以及异常检测单元，该异常检测单元被配置为检测所述整流器、所述逆变器和所述外壳中的至少一者的异常。所述平滑单元包括：至少一个电容器，该至少一个电容器并联连接于所述整流器的输出；第一放电电阻器，该第一放电电阻器被配置为使所述电容器放电；和开关装置，该开关装置串联连接于所述第一放电电阻器。当所述异常检测单元检测到异常时，所述异常检测单元闭合所述开关装置，并且当所述开关装置闭合时，所述电容器通过所述第一放电电阻器放电。

附图说明

图1是图示出根据实施例的电源装置的框图。

图2是图示出图1的电源装置的平滑单元的电路图。

图3是图示出图1的电源装置的平滑单元的变形例的电路图。

图4是图示出根据另一个实施例的电源装置的框图。

图5是图示出图4的电源装置的控制单元的电路图。

图6是图示出图4的电源装置的控制单元的电路图。

具体实施方式

图1图示出根据实施例的电源装置的一个实例。图2图示出平滑单元的一个实例。

电源装置1包括：整流器3，该整流器3用于将从AC电源2供给的AC电力转换为DC电力；平滑单元4，该平滑单元4用于使具有纹波并且从整流器3输出的DC电力平滑；和逆变器5，该逆变器5用于将由平滑单元4平滑的DC电力转换为AC电力。在本实施例中，电源装置1还包括断路器6，该断路器6用于当过电流从AC电源2流到整流器3时切断向整流器3的电力供给，并且整流器3、平滑单元4、逆变器5和断路器6容纳在外壳7中。

整流器3可以使用二极管桥进行整流，或者使用能够基于外部信号控制导通的诸如晶闸管这样的半导体装置可变地整流平滑的DC电压。当使用半导体装置时，半导体装置的导通由控制单元8控制。

逆变器5包括全桥电路，该全桥电路包括例如分别能够进行开关操作的四个功率半导体装置，并且通过四个功率半导体装置的预定开关操作产生高频AC电力。可以通过六个功率半导体装置将高频输出设定为三相输出。功率半导体装置的开关操作由控制单元8控制。

此时，作为功率半导体装置，能够使用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)这样的能够进行开关操作的各种类型的功率半导体装置，并且可以使用硅(Si)或碳化硅(SiC)作为半导体材料。

包括加热线圈的负载9连接于逆变器5的输出，并且由逆变器5产生的高频AC电力施加于加热线圈。此外，加热对象通过加热线圈感应加热。加热对象和加热目的不受特别限制，并且能够例示出用于钢材的热处理(淬火等)和用于电阻焊接管的焊接操作。

如图2所示，平滑单元4包括电容器10、电抗器11、第一放电电阻器12、第二放电电阻器13和开关装置14。

电容器10并联连接于整流器3的输出，并且消除或减少包括在整流器3的DC电力中的纹波。电容器10的电容根据电源装置1的输出适当地设定。例如，当电源装置1的输出设定为大约300kW时，能够将电容器10的电容设定为大约20000μF(然而，电容是具有很低纹波的电源装置的值)。此时，可以使用电容能够容易地增加的电解电容器作为电容器10，但是电容器10不限于电解电容器。

在本实施例中，电抗器11插置在整流器3的输出的正极与连接到正极侧的电容器10的端子之间。电抗器11与电容器10一起形成低通滤波器，并且提升纹波消除能力。

第一放电电阻器12与开关装置14互相串联连接，并且串联连接的第一放电电阻器12和开关装置14并联连接于整流器3的输出。开关装置14能够基于外部信号由控制单元8打开/闭合。当开关装置14闭合(导电)时，电容器10通过第一放电电阻器12和开关装置14放电。

通过使用电磁体吸引动铁而打开/闭合的诸如磁开关这样的具有机械接点的元件，或诸如晶闸管这样的半导体装置用作开关装置14。然而，可以优选地使用具有长寿命的半导体装置，而不是具有机械接点的元件。

第二放电电阻器13并联连接于第一放电电阻器12，并且电容器10总是通过第二放电电阻器13放电。第二放电电阻器13具有比第一放电电阻器12大的电阻值。例如，第一放电电阻器12的电阻值是几百Ω，并且第二放电电阻器13的电阻值的范围是从几十kΩ到几百kΩ。

当过电流从AC电源2流到整流器3时，断路器6切断对整流器3的电力供给，并且当切断对整流器3的电力供给时将表示整流器3异常的异常信号传送到控制单元8。

例如，控制单元8包括作为主要部分的处理器。控制单元8控制逆变器5的功率半导体装置的开关操作，并且当在整流器3中使用半导体装置时控制诸如晶闸管这样的半导体装置的导通。当异常信号从断路器6输入时，控制单元8闭合开关装置14。

当开关装置14闭合时，除了第二放电电阻器13之外，电容器10还通过第一放电电阻器12放电。第一放电电阻器12的电阻值(例如，几百Ω)比第二放电电阻器13的电阻值(例如，几十kΩ到几百kΩ)小，并且存储在电容器10中的大部分电荷流到第一放电电阻器12。由于放电电阻器相对于电容器10的端子间电压具有较小的电阻值，所以流经放电电阻器的电流增大。当断路器6和控制单元8检测到整流器3的异常时，电容器10能够通过具有小电阻值的第一放电电阻器12快速地放电。例如，当电容器10具有20000μF的电容并且第一放电电阻器12具有300Ω的电阻值时，放电时间常数被设定为大约六秒。

从防止发热的稳定性的观点来看，一直通电的电阻器以额定功率的大约1/4操作。然而，当在异常的情况下闭合开关装置14时，存储在电容器10中的电荷仅流到第一放电电阻器12，并且与第一放电电阻器12的导通相关的发热是临时的。因此，第一放电电阻器12能够以额定功率的上限或上限附近操作。因此，能够减少构成第一放电电阻器12的电阻器的数量，能够降低电源装置1的制造成本，并且能够减小电源装置1的尺寸。例如，当AC电源2的输出电压是440V并且整流器3通过二极管桥进行整流时，整流器3的输出电压变为大约600V。而且，当第一放电电阻器12的电阻值是300Ω时，流经第一放电电阻器12的电流最大是2A，并且第一放电电阻器12的电力消耗最大是1200W。在该情况下，当使用诸如珐琅电阻器这样的具有较高额定功率的电阻器时，能够通过一个电阻器实现第一放电电阻器12。这是因为第一放电电阻器12仅在放电期间使用并且以使用率很低的方法使用。

当电源装置1正常操作并且在正常时间停止时，即，没有检测到异常时，电不导通到第一放电电阻器12，并且电力不被第一放电电阻器12消耗。因此，能够减少电源装置的操作成本。

为了在异常的情况下使电容器10快速地放电，可以省略第二放电电阻器13。然而，优选地，当设置第二放电电阻器13并且电源装置1正常地操作和停止时，电容器10总是通过第二放电电阻器13放电。例如，当电容器10的充电开始时，电容器10的端子间电压可能在过渡状态中临时上升。然而，由于电容器10通过第二放电电阻器13放电，所以能够抑制将过大的电压施加于逆变器5，并且能够保护逆变器5的功率半导体装置。

例如，由于第二放电电阻器13的电阻值比第一放电电阻器12的电阻值高得多，电阻值的范围是从几十kΩ到几百kΩ，所以流经第二放电电阻器13的电流极低，例如，电流的范围是从几mA到几十mA。因此，虽然第二放电电阻器13总是消耗电力，但是电力消耗很低。

图3图示出平滑单元4的变形例。

在图3所示的实例中，平滑单元4包括第一电容器21和第二电容器22，作为并联连接于整流器3的输出的电容器。第一电容器21通过二极管20连接，并且第二电容器22直接连接。平滑单元4还包括第一放电电阻器23、第二放电电阻器24、第三放电电阻器25和开关装置26。

第一放电电阻器23与开关装置26互相串联连接，并且串联连接的第一放电电阻器23和开关装置26并联连接于第一电容器21。开关装置26能够基于外部信号由控制单元8打开/闭合。

第二放电电阻器24并联连接于第一放电电阻器23，并且第一电容器21总是通过第二放电电阻器24放电。为了减小第二放电电阻器24的电力消耗，可以将第二放电电阻器24的电阻值设定为比第一放电电阻器23大的电阻值。例如，第一放电电阻器23的电阻值是几百Ω，并且第二放电电阻器24的电阻值的范围是从几十kΩ到几百kΩ。

第三放电电阻器25并联连接于第二电容器22，并且第二电容器22总是通过第三放电电阻器25放电。为了减小第三放电电阻器25的电力消耗，可以将第三放电电阻器25的电阻值设定为比第一放电电阻器23大的电阻值。例如，第一放电电阻器23的电阻值是几百Ω，并且第三放电电阻器25的电阻值的范围是从几十kΩ到几百kΩ。

当第一电容器21的端子间电压比第二电容器22的端子间电压低时，通过二极管20而与整流器3的输出并联连接的第一电容器21放电。因此，通过第二电容器22基本消除或减少了包含在整流器3的输出中的纹波。如图2所示的平滑单元4的电容器10一样，第二电容器22总是通过第三放电电阻器25放电，这使得能够抑制第二电容器22的端子间电压在过渡状态下升高，同时保护逆变器5的功率半导体装置。第一电容器21与二极管20和第二放电电阻器24一起形成瞬态电压抑制电路，并且还抑制第二电容器22的端子间电压的在过渡状态下升高。由于通过瞬态电压抑制电路抑制第二电容器22的端子间电压在过渡状态下升高，所以可以省略第三放电电阻器25。

优选地，第一电容器21可以具有比第二电容器22低的电容，并且例如，可以适当地使用寿命比电解电容器长的薄膜电容器作为具有较低电容的第一电容器21。

在图3所示的实施例中，当过电流从AC电源2流到整流器3时，断路器6切断对整流器3的电力供给并且将异常信号从断路器6传送到控制单元8，使得通过控制单元8闭合开关装置26。当闭合开关装置26时，除了第二放电电阻器24之外，第一电容器21首先通过第一放电电阻器23放电。第一放电电阻器23的电阻值(例如，几百Ω)比第二放电电阻器24的电阻值(例如，几十kΩ到几百kΩ)小，并且存储在第一电容器21中的大部分电荷流到第一放电电阻器23，使得第一电容器21通过第一放电电阻器23快速地放电。当第一电容器21放电使得第一电容器21的端子间电压变得比第二电容器22的端子间电压低时，第二电容器22也通过第一放电电阻器23快速放电。例如，当第一电容器21具有7000μF的电容，第二电容器22具有20000μF的电容，并且第一放电电阻器23具有300Ω的电阻值时，将放电时间常数设定为大约八秒。

在本发明中，已经描述了当过电流从AC电源2流到整流器3时确定在电源装置1中发生异常，并且通过断路器6和控制单元8检测整流器3的异常。然而，可以将外壳7的开门检测为电源装置1的异常。例如，包括适当的开关或传感器的开门检测单元安装于外壳7的门或门框处，并且根据外壳7的开门接通或断开，并且基于开门检测单元的接通/断开状态通过控制单元8检测外壳7的开门。当检测到外壳7的开门时，图2所示的平滑单元4中的开关装置14通过控制单元8闭合，并且电容器10通过第一放电电阻器12快速地放电。此外，图3所示的平滑单元4中的开关装置26通过控制单元8闭合，并且第一电容器21和第二电容器22通过第一放电电阻器23快速地放电。

关于电源装置1的异常，可以检测逆变器5的异常。将参考图4至6描述逆变器5的异常及其检测方法。此外，利用相同的参考标号表示与上述电源装置1的元件相同的元件，并且将省略或简化其详细描述。

控制单元8包括锁相环电路(在下文中，简称为“PLL电路”)30和异常检测电路31。PLL电路30控制从逆变器5输出的AC电力的频率，使得AC电力的频率变为连接于逆变器5的负载9的共振频率。逆变器5包括用于检测施加于负载9的电流I1的变流器32和用于检测施加于负载9的电压V1的变压器33。

如图5所示，PLL电路30包括相位比较电路40、模拟加法器/减法器41、电压控制振荡器42和控制信号电路43。相位比较电路40检测由变流器32检测的电流I1的相位和由变压器33检测的电压V1的相位。模拟加法器/减法器41根据由相位比较电路40检测的相位增加/减少预设的频率设定值。电压控制振荡器42以与从模拟加法器/减法器41输出的电压对应的频率输出信号。根据从电压控制振荡器42输出的信号的频率，控制信号电路43将控制信号传送到逆变器5的功率半导体装置M1至M4的控制端子g1至g4。

PLL电路30控制逆变器5的操作频率，以消除供应到负载9的电流I1与施加于负载9的电压V1之间的相移，并且从逆变器5输出的AC电力的频率与包括电感分量L和电容分量C的负载9的共振频率一致。因此，能够提高电源装置101的效率。

然而，当负载9侧的电路的一部分短路或发生诸如开路这样的异常时，负载9的阻抗快速改变，并且共振频率显著变化。然后，PLL电路30调整逆变器5的操作频率，使得操作频率跟随负载9的共振频率。在过渡状态下，可能在逆变器5中瞬时产生高电流或电压，并且损坏功率半导体装置M1至M4。特别地，当电流I1的相位由于负载9的阻抗的改变而提前到电压V1的相位时，可能产生高浪涌电压，并且功率半导体装置M1至M4可能由于浪涌电压而损坏。异常检测电路31与变流器32和变压器33一起构成相移检测单元，并且检测由变流器32检测的电流I1与由变压器33检测的电压V1之间的相移。

由变流器32检测的电流I1和由变压器33检测的电压V1输入到异常检测电路31。如图6所示，异常检测电路31包括波形整形器50、波形整形器51、数据触发器52、触发器53、比较器54和反转单元55。波形整形器50将输入电压V1的波形调整为预定的方波。波形整形器51将输入电流I1的波形调整为预定的方波。数据触发器52用作检测电压V1与电流I1之间的相移的相移检测单元。触发器53用作保持数据触发器52的输出的锁存器。比较器54检测电流I1的大小是否已经达到基准值。反转单元55反转比较器54的输出信号。

波形整形器50包括：电阻器50A，该电阻器50A具有与向数据触发器52输入的电压对应的DC电阻值；和电容器50B，该电容器50B用于截断包含在电压V1的波形中的不必要的谐波分量。波形整形器51包括：电阻器51A，该电阻器51A具有与向数据触发器52输入的电压对应的DC电阻值；和电容器51B，该电容器51B用于截断包含在电流I1的波形中的不必要的谐波分量，像波形整形器50一样。

数据触发器52包括用于接收时钟信号的时钟输入端口CL、用于接收数据信号的数据输入端口D、用于接收置位信号的置位输入端口S、用于接收复位信号的复位输入端口R和用于在置位状态下传送置位信号的置位信号端口Q。当时钟信号和数据信号同时输入时，数据触发器52被设定为置位状态，并且从置位信号端口Q传送置位信号。

比较器54用于比较分别输入到两个输入端口的AC信号的大小。比较器54的一个输入端口接收表示施加于负载9的电流I1的值的AC信号。比较器54的另一个输入端口接收作为预置基准值的AC信号，该AC信号通过利用可变电阻器56对预定的AC电压V2分压而得到。当电流I1变得比基准值高时，比较器54输出正常操作信号。正常操作信号通过反转单元55反转，并且发送到数据触发器52的复位输入端口R。比较器54、反转单元55和可变电阻器56形成掩膜(mask)单元57，该掩膜单元57将复位信号连续地输出到数据触发器52，直到电流I1的值变得比基准值高为止。

在上述配置中，直到在电源装置1已经激活之后电源装置1的操作达到正常状态，或者具体地直到逆变器5的操作频率与负载9的共振频率一致并且供应到负载9的电流I1变得比基准值高，掩膜单元57将复位信号连续地输出到数据触发器52，并且暂停异常检测电路31的相移检测操作。因此，能够消除当供应到负载9的电流I1不稳定并且相位不与电压一致的电源装置1在激活以后被立即强制停止时可能发生的故障。此外，当电源装置1的操作达到正常状态时，开始异常检测电路31的相移检测操作。

当负载9的共振频率与逆变器5的操作频率一致并且电压V1与电流I1的相位互相一致时，数据触发器52维持在复位状态并且不转变为置位状态，不从置位信号端口Q传送置位信号，并且电源装置1的操作继续而不改变。

另一方面，当在负载9中发生异常并且负载9的共振频率偏离逆变器5的操作频率时，电压V1的相位与电流I1的相位不互相一致，并且相移变为逆变器5的异常。在这样的状下，数据触发器52转变为置位状态，并且从置位信号端口Q传送置位信号。置位信号作为表示逆变器5的异常的异常信号通过触发器53输入到PLL电路30。

接收异常信号的PLL电路30适当地断开功率半导体装置M1至M4并且停止对负载9的电力供给，并从而保护功率半导体装置M1至M4。异常信号连续地输出，直到触发器53复位。图2所示的平滑单元4中的开关装置4通过控制单元8闭合，该控制单元8在其内部的PLL电路30与异常检测电路31之间传送和接收异常信号，并且电容器10通过第一放电电阻器12快速地放电。此外，图3所示的平滑单元4中的开关装置26闭合，并且第一电容器21和第二电容器22通过第一放电电阻器23快速地放电。

根据上述逆变器5的异常检测方法，能够根据电流I1与电压V1之间的相移快速地检测由负载9的共振频率的变化引起的逆变器5的异常。从而，能够在控制逆变器5的操作频率跟随负载9的共振频率的PLL电路30的操作结束之前，可靠地检测逆变器5的异常。此外，当检测到逆变器5的异常时，能够适当地断开逆变器5的功率半导体装置M1至M4，并从而预先防止功率半导体装置M1至M4的损坏。

利用与时钟信号同时输入的数据信号将用于检测电流I1与电压V1之间的相移的异常检测电路31设定为置位状态，并且数据触发器52传送置位输出作为置位状态下的信号。仅当电流I1与电压V1的相位偏离时，从数据触发器52输出置位信号(异常信号)。因此，能够通过简单的电路配置检测电流I1与电压V1之间的相移。

异常检测电路31包括掩膜单元57，该掩膜单元57将供给到负载9的电流I1的电流值与预置的基准值进行比较，并且将复位信号连续地输出到数据触发器52，直到电流I1的值变得比基准值高。在电流I1不稳定并且电流I1的相位与电压V1的相位不互相一致的电源装置1的激活过程中，异常检测电路31的相移检测操作临时暂停，这使得能够防止电源装置1在电源装置1在已经激活之后立即被强制停止。

由断路器6和控制单元8构成并且检测整流器3的异常的异常检测单元、由开门检测单元和控制单元8构成并且检测外壳7的异常的异常检测单元以及由变流器32、变压器33和包括异常检测电路31的控制单元8构成并且检测逆变器5的异常的异常检测单元可以独立地使用或组合使用。

本申请要求在2017年9月26日提交的日本专利申请No.2017-185140的优先权，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。